引言

　　與線性電源相比，開關電源具有諸多優點：由于主功率晶體管工作在開關狀態，其損耗小，整機效率大大提高；采用鐵氧體高頻變壓器，使電源的體積和重量大為減少，成本更低等。一些專用電源芯片如TL494、UC3842的出現，也使開關電源的設計更為簡單，同時性能可靠。但只使用專用芯片制作的開關電源輸出通常為單一狀態，若要改變輸出狀態要對硬件電路進行修改。筆者設計實現了一種單片機控制的數字化開關電源，有效的改善了上述問題。

　　1 數字化開關電源的設計原理

　　筆者設計的數字化開關電源額定功率12OW。系統以開關電源作為基本電路，采用高性能單片機作為控制系統，在控制算法的支持下，通過對輸出電壓和電流進行實時采樣，并與軟件給定值相比較，控制和調整開關電源的工作狀態，得到期望值。主要包括輸入的整流濾波校正、功率變換、輔助電源部分、驅動電路、單片機控制系統5部分。功率變換部分采用單端反激變換電路，輔助電源為驅動電路提供電能，驅動電路將來自單片機的PWM 信號放大后驅動主功率晶體管，單片機系統是整個電路的控制核心，通過采樣值的變化實時控制輸出PWM 的占空比。整個設計力求做到了性能最優，成本最低。其結構如圖1所示。

　　1.1 主電路分析

　　功率轉換部分采用單端反激電路，結構如圖2。當加到原邊主功率開關管Q1的激勵脈沖為高電平使Q1導通時，直流輸入電壓加在原邊繞組兩端，由于此時副邊繞組相位是上負下正，整流管D1反向偏置截止，原邊電感儲存能量；當激勵脈沖為低電平使Q1截止時，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組相位變為上正下負，整流管正向偏置導通，變壓器儲存的能量向副邊釋放。在此開關過程中，高頻變壓器既起變壓隔離作用，又起電感儲能作用。

　　1.2 單片機控制系統

　　單片機控制系統是整個數字化電源的核心部分。

　　單片機采用Freescale公司的68HC908SR12，其內部資源豐富，集成了12k的程序存儲器，2路定時／計數器，14通道1o位A／D轉換器，PWM輸出，內部溫度傳感器等。單片機控制系統框圖如圖3。

　　ATD0、ATD10分別是電壓電流采樣引腳，將采到的模擬量轉化為數字量送至CPU。CPU每隔lms進行一次控制調整，從而輸出占空比合適的PWM信號。PWM 信號經過驅動電路隔離放大后直接控制主電路的開關管。由于908SR12內自帶脈沖寬度調制模塊，PWM最大頻率達到125kHz，完全可以用在高頻開關電源中，8位的分辨率，可以保證輸出電壓電流的精度。鍵盤部分采用觸點式按鍵開關，使用者可以根據自己需要在額定功率下任意調整輸出電壓電流值。

　　整個回路采用雙閉環的控制系統，正常情況下電壓環的反饋使輸出電壓恒定，一旦輸出電流超出最大值，電流環使輸出電壓降低，輸出電流維持在最大電流值。顯示部分可以由數碼管或液晶組成，本系統中通過按鍵選擇分別顯示電壓、電流、功率、溫度、電能計量等，并通過指示燈指示不同狀態。在運行過程中若出現開路或短路現象，指示燈顯示報警狀態，CPU會立刻啟動保護程序關閉主電路。同時不斷檢測電源內部溫度，防止整機溫升過高。